Клеточная линия - Cell lineage
Клеточная линия обозначает историю развития ткани или органа оплодотворенного эмбриона. Это основано на отслеживании клеточной родословной организма из-за клеточных делений и перемещения с течением времени, это начинается с исходных клеток и заканчивается зрелой клеткой, которая больше не может делиться.
Этот тип клонов можно изучить, пометив клетку (флуоресцентными молекулами или другими отслеживаемыми маркерами) и проследив за ее потомством после деления клетки. Некоторые организмы, такие как C. elegans , имеют предопределенный образец клеточного потомства, и взрослый самец всегда будет состоять из 1031 клетки, это связано с тем, что деление клеток у C. elegans генетически детерминировано и известно как эвтелез . Это вызывает сильную корреляцию между происхождением клеток и их судьбой. Другие организмы, такие как люди, имеют различные клоны и количество соматических клеток.
C. elegans : модельный организм
Будучи одним из первых пионеров клеточного происхождения, в 1960-х годах доктор Сидней Бреннер впервые начал наблюдать за дифференцировкой и последовательностью клеток у нематоды Caenorhabditis elegans . Доктор Бреннер выбрал этот организм из-за его прозрачного тела, быстрого размножения, легкости доступа и небольшого размера, что сделало его идеальным для наблюдения за клеточными линиями под микроскопом.
К 1976 году доктор Бреннер и его сотрудник доктор Джон Салстон определили часть клеточного происхождения в развивающейся нервной системе C. elegans . Повторяющиеся результаты показали, что нематода была эвтелической (у каждого человека были одинаковые пути дифференцировки). Это исследование привело к первоначальным наблюдениям запрограммированной гибели клеток или апоптоза.
После картирования различных участков клеточного клона C. elegans , доктор Бреннер и его сотрудники смогли собрать воедино первую полную и воспроизводимую карту судьбы клеточного клона. Позже они получили Нобелевскую премию 2002 года за свою работу в области генетической регуляции развития органов и программируемой гибели клеток. Поскольку c.elegans являются гермафродитами, они состоят как из мужских, так и из женских органов, где они хранят сперму и могут самооплодотворяться. C. elegans содержит 302 нейрона и 959 соматических клеток, где они начинаются с 1031, где 72 подвергаются апоптозу, который представляет собой запрограммированную гибель клеток. Это делает c.elegan модельным организмом для изучения клеточного происхождения и возможности наблюдать клеточные деления благодаря их прозрачному фенотипу.
История клеточного происхождения
Одно из первых исследований клеточных клонов было проведено в 1870-х годах Уитменом, который изучал паттерны дробления у пиявок и мелких беспозвоночных. Он обнаружил, что некоторые группы, такие как нематоды-черви и асцидии, образуют структуру деления клеток, которая одинакова у отдельных людей и остается неизменной. Считалось, что эта высокая корреляция между происхождением клеток и их судьбой определяется факторами сегрегации внутри делящихся клеток. Другие организмы имели стереотипные образцы клеточного деления и производили подлинии, которые были потомками определенных клеток-предшественников. Считается, что эти более изменчивые судьбы клеток связаны с их взаимодействием с окружающей средой. Благодаря новым достижениям в отслеживании клеток с большей точностью, это помогло биологическому сообществу, поскольку теперь для отображения исходных клеток используются различные цвета, и их можно легко отслеживать. Эти цвета являются флуоресцентными и наносятся на белки путем введения инъекций для отслеживания таких клеток.
Техники картирования судьбы
Клеточный клон может быть определен двумя методами: прямым наблюдением или клональным анализом. В начале 19 века использовалось прямое наблюдение, однако оно было весьма ограниченным, поскольку можно было изучать только небольшие прозрачные образцы. С изобретением конфокального микроскопа это позволило изучать более крупные и сложные организмы.
Возможно, самый популярный метод картирования клеточных судеб в эпоху генетики - это сайт-специфическая рекомбинация, опосредованная системами Cre-Lox или FLP-FRT . При использовании систем рекомбинации Cre-Lox или FLP-FRT активируется репортерный ген (обычно кодирующий флуоресцентный белок) и постоянно маркирует интересующую клетку и ее дочерние клетки, таким образом, отслеживая происхождение имен клеток. С помощью этой системы исследователи могли исследовать функцию своего любимого гена в определении судьбы клетки, создав генетическую модель, в которой внутри клетки одно событие рекомбинации предназначено для манипулирования интересующим геном, а другое событие рекомбинации предназначено для активации репортерного гена. Одна небольшая проблема заключается в том, что два события рекомбинации могут не происходить одновременно, поэтому результаты следует интерпретировать с осторожностью. Более того, некоторые флуоресцентные репортеры имеют настолько чрезвычайно низкий порог рекомбинации, что они могут метить клеточные популяции в нежелательные моменты времени в отсутствие индукции.
Совсем недавно исследователи начали использовать подходы синтетической биологии и систему CRISPR / Cas9 для создания новых генетических систем, которые позволяют клеткам автономно записывать информацию о происхождении в своем собственном геноме. Эти системы основаны на специально разработанной целевой мутации определенных генетических элементов. Создавая новые случайные геномные изменения в каждом поколении клеток, эти подходы облегчают реконструкцию деревьев клонов. Эти подходы обещают обеспечить более всесторонний анализ родственных отношений в модельных организмах. Методы реконструкции вычислительного дерева также разрабатываются для наборов данных, созданных с помощью таких подходов.
Асимметрии раннего развития
У людей после оплодотворения , в зиготы делится на две клетки. Соматические мутации, которые возникают сразу после образования зиготы, а также на более поздних этапах развития, можно использовать в качестве маркеров для отслеживания клеточных клонов по всему телу. Начиная с расщепления зиготы, клоны вносили неравный вклад в клетки крови . Было обнаружено, что до 90% клеток крови происходят только из одного из первых двух бластомеров . Кроме того, нормальное развитие может привести к неравным характеристикам симметричных органов, например, между левой и правой лобной и затылочной корой головного мозга . Было высказано предположение, что эффективность репарации ДНК способствует дисбалансу клонов, поскольку дополнительное время, затрачиваемое клеткой на репарацию ДНК, может снизить скорость пролиферации.